硬盤基板制造工程用洗凈劑

日本三洋化成工業(yè)株式會社機(jī)能性藥劑研究部 山口俊一郎

每天使用的PC及數(shù)據(jù)服務(wù)器，其中均配置有記錄情報(bào)的硬盤驅(qū)動器（HDD）。在當(dāng)今的信息化社會，各種情報(bào)量急劇增加，這也間接導(dǎo)致了HDD的大容量化。以PC用HDD為例，最近已經(jīng)有內(nèi)藏超過1TB（1TB=1000GB）的HDD的PC在銷售。

從HDD的用途來看（以出廠臺數(shù)統(tǒng)計(jì)），手提電腦用HDD的比率為32%，而臺式機(jī)用HDD的比率為23%，兩者合計(jì)超過50%。因此，近年來PC的出廠量增加，直接帶動了HDD出廠數(shù)量的提高。圖1是歷年來世界HDD出廠臺數(shù)的變化情況。除了2011年泰國遭受洪水的影響外，自2007年開始HDD的出廠臺數(shù)一直呈現(xiàn)增長的勢頭，2012年比2007年的HDD出廠數(shù)量增加約40%（達(dá)到了7億臺）。今后HDD市場仍將延續(xù)這種增長的勢頭。本文將對擔(dān)當(dāng)HDD中樞的硬盤基板（HD基板）的制造過程做一說明，并介紹三洋化成公司開發(fā)的HD基板制造工程用洗凈劑。

1. 硬盤基板的制造工程

圖2是HDD內(nèi)部的構(gòu)造，其中圓盤狀的盤就是情報(bào)記錄媒體的HD基板，在該基板上形成的磁性層就具有傳遞情報(bào)的能力。HD板分為玻璃制和表面鍍有Nip（鍍鎳、鍍磷）的鋁板兩大類。HD基板的制造工程包括對基板研磨使其成為平坦基板的修飾工程（基板工程），以及在平坦化的基板上形成磁性層的工程（媒介工程）。圖3是HD基板制造的具體步驟。

圖1 歷年來世界HDD的出廠臺數(shù)

圖2 HDD內(nèi)部

在圖3所示的基板（substrate ）工程中，研磨處理和洗滌處理要反復(fù)進(jìn)行。在這個(gè)工程中，不論是玻璃板還是鋁制板，一般經(jīng)過2個(gè)階段的研磨就可使基板平坦化，即：第一階段使用粗研磨劑（玻璃基板主要使用氧化鈰，鋁基板主要使用氧化鋁）對基板進(jìn)行粗研磨。第二階段則使用細(xì)研磨材料（主要是膠體二氧化硅）對基板進(jìn)行精密研磨。每種基板經(jīng)過研磨處理后，在基板上都會附著有研磨使用的研磨材料和研磨過程中產(chǎn)生的基板碎渣，因而有必要對基板進(jìn)行洗凈處理。從粗研磨轉(zhuǎn)向精研磨時(shí)需要進(jìn)行一次洗凈處理，經(jīng)過精研磨的基板同樣需要經(jīng)過洗凈處理才能成為加工好的基板，在最終的洗凈過程結(jié)束后，經(jīng)過干燥捆包，進(jìn)入媒介工程。

媒介（media）工程需要對基板再度清洗，待除去基板上的異物后才可以進(jìn)行下一步的加工。該工程對基板的清潔度要求非常高，當(dāng)在基板上濺涂形成磁性層后，還需要把基板表面的突起物切除，最后在基板上涂敷潤滑油上光，得到基板成品。

2. HD基板制造工程用洗凈劑

圖3 HD板的制造工程

隨著情報(bào)記錄容量的不斷增大，HD基板也呈現(xiàn)出高記錄密度化的傾向。與從前的HD相比，現(xiàn)在對基板制造時(shí)作為雜質(zhì)的粒子（研磨粒子和研磨殘?jiān)┕芾砀訃?yán)格，需要除去的雜質(zhì)粒子尺寸更小。HD基板制造商為了提高基板的性能、品質(zhì)，對基板加工的各個(gè)工程進(jìn)行了改良嘗試。迄今為止，對HD基板制造條件做輕微調(diào)整的場合很多，但由于近年來管理水平的不斷提高，對HD基板制造條件進(jìn)行調(diào)整變得很難，這就要求洗滌劑制造商必須開發(fā)出洗凈性更好的洗滌劑，以滿足HD基板加工的高要求。以下將對日本三洋化成工業(yè)株式會社開發(fā)的高洗凈性的HD基板制造工程用洗滌劑ケミクリ-ン PR（Chemical clean PR）的使用方法做一詳細(xì)的說明。

圖4是用Chemical clean PR洗凈研磨后HD基板的洗凈機(jī)理圖。在基板工程的粗研磨和精密研磨過程中，基板上會附著研磨材料和研磨過程中產(chǎn)生的基板殘?jiān)?。粗研磨后的基板上粘附的粒子尺寸約1mm，而精密研磨后基板上附著的粒子尺寸在100nm以下，這么小的粒子用普通洗凈劑很難除去。洗凈前的媒介工程基板上與基板工程相比，污垢種類更多，再加上對研磨材料和研磨殘?jiān)芾硭降奶岣?，對洗凈劑性能的要求更高。在HD基板加工的各個(gè)階段，由于需要去除的是不同大小的污垢粒子，因而對洗凈劑的要求也不相同。

三洋化成工業(yè)的Chemical clean PR是由表面活性劑、螯合劑、酸 · 堿等成分構(gòu)成的水系洗滌劑。表1是日本三洋化成工業(yè)株式會社代表性的HD基板制造工程用洗凈劑種類。Chemical clean PR的洗凈機(jī)理如圖4所示：①把各種可能對基板造成光刻蝕的污垢粒子從基板上剝離；②獨(dú)特的表面活性劑防止污垢粒子再次附著到基板上。第一種機(jī)能是洗凈劑對基板表面與污垢的連接處發(fā)生“溶解”，使污垢粒子從基板表面剝離。污垢粒子對基板的刻蝕性，隨洗滌劑的使用濃度和洗凈溫度而改變，這也是在設(shè)計(jì)洗凈劑時(shí)需要重點(diǎn)考慮的因素。第二種機(jī)能是防止從基板上剝離的粒子發(fā)生再附著。圖5是研磨材料（膠體二氧化硅）的ξ電位與pH的關(guān)系圖。ξ電位是定量粒子表面荷電狀態(tài)的尺度，從圖5看到：在強(qiáng)酸性領(lǐng)域，研磨材料的ξ電位幾乎為0，而在強(qiáng)堿性領(lǐng)域，研磨材料的ξ電位是很大的負(fù)值。ξ電位成為±0mV的pH值稱為等電點(diǎn)。在等電點(diǎn)周邊的pH領(lǐng)域，表面電荷被中和，粒子間的靜電排斥作用很小，因而,膠體的分散性極低，粒子呈凝集狀態(tài)或很容易附著在基板上。由于洗凈劑一般為堿性，被洗凈劑從基板剝離的粒子在用水洗凈時(shí)，在pH暫時(shí)為中性的環(huán)境中，粒子表面的電位（ξ電位）近似于等電點(diǎn)，很容易再次附著到原來的基板上。

圖4 用Chemical clean PR洗凈研磨后HD基板的洗凈機(jī)理圖

表1 三洋化成工業(yè)的代表性HD基板制造工程用洗滌劑

圖5 添加三洋化成工業(yè)株式會社的特殊表面活性劑引起的ξ電位變化

圖6 三洋化成工業(yè)株式會社特種表面活性劑的機(jī)能

圖6是三洋化成工業(yè)株式會社開發(fā)的特殊表面活性劑的機(jī)能示意圖。這種特殊的表面活性劑不僅會吸附在污垢粒子表面，使粒子帶有負(fù)電荷，而且，在污垢粒子和基板表面形成的負(fù)電性吸附層具有很高的立體排斥力。在三洋化成工業(yè)株式會社推出的Chemical clean PR系列HD基板洗凈劑中，該特殊表面活性劑不僅在防止刻蝕性、抗再沉積性等與洗凈性有關(guān)的基本機(jī)能優(yōu)良外，它還能適應(yīng)用戶各種制造工藝的要求。例如，基板表面的粗糙度,高溫、低溫穩(wěn)定性，快速發(fā)泡性等。Chemical clean PR-403是適合玻璃基板的基質(zhì)工程洗凈的酸性洗滌劑，它對氧化鈰和膠體二氧化硅、玻璃碎渣的洗滌性優(yōu)良。

Chemical clean PR-403F是比Chemical clean PR-403更高品質(zhì)的洗滌劑，適用于精密研磨后的洗凈。Chemical clean PR-025和Chemical clean PR-029是適合鋁板的基質(zhì)工程使用的堿性洗滌劑，對鋁、膠體二氧化硅、Nip研磨殘?jiān)南礈煨詢?yōu)良。

現(xiàn)在，三洋化成工業(yè)株式會社已在開發(fā)滿足媒介工程高洗凈性要求的洗滌劑。如前所述，為了提高HD基板的性能 · 品質(zhì)，HD基板洗凈劑的開發(fā)至關(guān)重要。日本三洋化成工業(yè)株式會社不僅開發(fā)更高性能的HD基板洗滌劑，而且還開發(fā)包含洗滌工程和周邊工程在內(nèi)的制造全過程適用的洗滌劑和使用方法提案，以滿足顧客提高HD基板品質(zhì)的要求。目前，日本三洋化成工業(yè)株式會社開發(fā)的高洗滌度洗滌劑，已經(jīng)在日本國內(nèi)的京都工場生產(chǎn)，并向海外的用戶提供HD基板洗滌劑。

圖7 2011年世界HD基板生產(chǎn)量的分布情況（生產(chǎn)比率）

圖7是近期世界HD基板生產(chǎn)量的分布情況。圖中顯示：HD基板的制造商大多集中在東南亞地區(qū)，這也是HD基板洗滌劑最大的消費(fèi)市場。隨著HDD基板的高性能化，它對制造工程用洗滌劑的要求也會越來越多樣化，HD基板洗滌劑制造商必須快速適應(yīng)這種變化。日本三洋化成工業(yè)株式會社已經(jīng)在泰國建立分公司，正式運(yùn)營HD基板的清潔設(shè)備。今后，日本三洋化成工業(yè)株式會社將發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢，運(yùn)用全球化的運(yùn)作體系快速應(yīng)對用戶的不同需求，為廣大用戶提供效率更高的高性能清潔劑。